• Lucifers met doosje
• Water (gedemineraliseerd)
• Wasbenzine
• Kaliumpermanganaat (KMnO₄)
• Koffiefilterzakjes (wit)
• Norit (aktieve kool)
• Houtspaander

• brander
• driepoot
• bekerglazen
• reageerbuizen
• reageerbuisrekje
• horlogeglazen
• trechter
• filtreerpapier

ANALYSE VAN HET STRIJKVLAK

• Knip het strijkvlak  van het doosje en doe het in een droge reageerbuis.
• Sluit de reageerbuis af met een prop watten.
• Verwarm de reageerbuis.
• Ga in een donker vertrek staan, verwijder de wattenprop en observeer.

ANALYSE VAN HET HOUTJE

• Schraap de kop van de lucifer en breek het bovenste stukje hout eraf (korte stuk). Bewaar het schraapsel.
• Doe dit voor ca. 25-30 lucifers.
• Doe de korte houtjes in een reageerbuis. 
• Voeg ca. 4 ml wasbenzine aan de reageerbuis toe.
• Zet de reageerbuis, gedurende ca. 15 min., in een bekerglas met water dat een temperatuur van ca. 80 °C heeft.
• Giet de wasbenzine over in een horlogeglas.
• Laat de wasbenzine verdampen en observeer.

ANALYSE VAN HET KOPJE

• Maak en verdunde oplossing van kaliumpermanganaat en dompel daar een strookje filterpapier in.
• Doe het schraapsel van ongeveer drie luciferskoppen in een reageerbuis en verwarm.
• Steek het gedrenkte stukje filtreerpapier in de opening van de reageerbuis en observeer.
  
• Vul een reageerbuis voor ca. 1/3de met demi water.
• Breng het resterende deel van het schraapsel over in de reageerbuis.
• Kook voorzichtig gedurende 10 minuten.
• Filtreer de inhoud af in een ander reageerbuis en kook het filtraat af met een tabletje norit in de buis.
• Filtreer opnieuw en giet het filtraat uit op een horlogeglas.
• Leg dit horlogeglas op een bekerglas dat met ca. 30 ml water is gevuld en op een brander staat.
• Het waterbad van het waterbad gaat koken en zal zo het horlogeglas opwarmen waardoor het water op het horlogeglas verdampt. 
• Er blijft een vast stof achter. Verzamel deze en breng deze over in een reageerbuis.
• Verhit dit. Als de stof gaat ontleden steek er dan een gloeiende houtspaander in.

ANALYSE VAN HET STRIJKVLAK

Het is de bedoeling dat er een witte aanslag op de koudere delen van de reageerbuis terechtkomt. Deze aanslag wordt verondersteld witte fosfor te zijn. Witte fosfor vertoont een geelgroene lichtschijn als het in contact komt met de lucht.

Alhoewel er een wittige aanslag te zien is, kan dit volgens mij ook condensvorming van water uit het karton zijn. In het donker is het me niet gelukt om een geelgroen lichtschijn te zien. Ik heb dus niet witte fosfor kunnen aantonen.

ANALYSE VAN HET HOUTJE

De houtjes bevatten paraffine. Deze extraheren we uit m.b.v. wasbenzine.
Na indampen blijft alleen de paraffine achter. Dit is een witte wasachtige substantie met een hoog smeltpunt (zoals blijkt bij het schoonmaken van het horlogeglas).

ANALYSE VAN HET KOPJE

Het kleurloos worden van het kaliumpermanganaat testpapiertje in combinatie met de stekende geur toont de aanwezigheid van SO₂ aan, dat gevormd wordt uit het S door verhitting.

De gehele opwerkingsprocedure die we gebruikt hebben zorgt ervoor dat we een anorganisch zout overhouden en geen organisch zout. De aantoningsreactie met de houtspaander geeft het ontstaan van zuurstof aan. Het probleem is wederom dat het residu bij verhitten min of meer ontsteekt. De gloeiende houtspaander wilde daarna niet duidelijk oplichten met als gevolg dat we de zuurstofproductie niet eenduidig hebben aangetoond. 

Alhoewel het aannemelijk dat kaliumchloraat een van de bestanddelen is levert dit experiment geen duidelijke aanwijzing op.

   
 Laatste filtratie geeft na drogen ->  

Lucifers en het strijkvlak op het doosje zijn een complex van chemicaliën die elk hun eigen functie hebben.
De kop van een lucifer levert de zuurstof en is een oxidator. Deze is opgebouwd uit 10% brandbare stoffen (voornamelijk zwavel) en ruwmakende stoffen (glaspoeder). Deze ruwheid zorgt bij het aanstrijken voor extra wrijving waarmee extra warmte gegenereerd wordt. Er zit ook een dun beschermlaagje op.
Het houtje bestaat uiteraard uit hout maar is geïmpregneerd in ammoniumfosfaat en in paraffine.  Doordat het makkelijker ontbrandt brengt de paraffine de vlam over van de kop naar het houtje. en bevindt zich daarom alleen in het bovenste deel van het houtje. Ammoniumfosfaat is een remstof en zorgt ervoor dat  het verkoolde hout niet verder doorgloeit.
De bovenste laag van het strijkvlak is een beschermlaagje. Daaronder zit de stof die door wrijving ontbrandt, de helft ervan is rode fosfor. Rode fosfor wordt door verhitting omgezet in gele fosfor. Gele fosfor is veel brandbaarder. Verder zitten er op de kop ook brandstoffen, remstoffen en ruwmakende stoffen (glaspoeder) .
Volgens de literatuur bestaat het kopje voor de helft uit kaliumchloraat en voor 5 procent uit zwavel. Het strijkvlak aan de zijkant van het doosje bevat vooral rode fosfor en 35 procent glaspoeder.

Aantonen van zwavel:
Voor het aantonen van zwavel hebben we gebruik gemaakt van de volgende reactie waarbij we in eerste instantie het zwavel omzetten in zwaveldiode door een reactie met luchtzuurstof volgens:

S + O₂ --> SO₂ (gas)

Zwaveldioxide en de sulfieten zijn sterke reductiemiddelen. Ze worden gemakkelijk tot zwavelzuur geoxideerd door permanganaat. De bruto reactie wordt dan:

2 KMnO₄ (paars) + 5SO₂ + 2H₂O <=> K₂SO₄ + 2MnSO₄ (kleurloos) + 2H₂SO₄

Dit is in principe echter een redoxreactie en als we in het Handbook kijken kunnen we geen redoxreactie van SO₂ vinden. De reactie is dus iets gecompliceerder. Op basis van de deelreacties gevonden in het Handbook kom ik dan op:

Het SO₂ lost op in het waterige deel onder vorming van H₂SO₃ volgens:

SO₂ + 3H₂O <=> 2H₃O⁺ + SO₃^2- <=> H₂SO₃ + 2H₂O

Het H₂SO₃ kan dan wel verder reageren volgens m.b.v. de volgende deelreacties:

MnO₄^- + 8H₃O⁺ + 5e <=> Mn²⁺ + 12H₂O    (x2)    E₀ = 1.491 V
H₂SO₃ + 4H₂O <=> SO₄^2- + 4H₃O⁺ + 2e     (x5)    E₀ = -0.2 V
--------------------------------------------------------------
5H₂SO₃ + 2MnO₄^- + <=> 2Mn²⁺ + 4H₂O + 5SO₄^2- + 4H₃O⁺  

• Het is niet gelukt de aanwezigheid van witte fosfor aan te tonen.

• Het bovenste gedeelte van de houtjes bevat een hoogkokende witte organische wasachtige substantie. Waarschijnlijk paraffine.

• De kop van de lucifers bevat zwavel en mogelijk ook kaliumchloraat alhoewel er geen duidelijke aanwijzingen zijn gevonden voor deze laatste stof.

• Witte fosfor is extreem giftig.

• Bij het verhitten van het schraapsel kan dit plotseling ontbranden. Niet teveel gebruiken.

• Indien je in je kamer een rookmelder hebt is de kans aanwezig dat deze ook afgaat bij de zwavel aantonings proef. Het lijkt erop of ze daar extra gevoelig voor zijn.

• Dit is weer een van die experimenten die wel leuk beschreven staan in het leerboek maar waarbij de uitvoering niet zo soepel gaat.

• We maken in dit experiment gebruik van een aantal opwerktechnieken zoals drogen op een stoombad, verwijderen van organische stoffen uit het mengsel door ze aan actieve kool te adsorberen, extractie en filtratie.

• J. Groen et al; "Scheikunde voor het voortgezet onderwijs 3V - 5vwo"; NIB; 1986;  ISBN 9027541299; p.57-60.
• Handbook of Chemistry and Physics; CRC Press; 60th Ed.;  p. D155-D160.
• J.A. Potting; "Algemene en Anorganische Chemie"; Agon Elsevier - Heron Bibliotheek; 1975; ISBN 9010105318; p. 106.

Lucifers, wie kent ze niet.....

De geschiedenis van de lucifer is echter veel minder bekend. Sinds het ontstaan van de mensheid is de mens er mee bezig geweest om vuur te maken en heeft de zeer veel verschillende methodes voor ontwikkeld, bijna allemaal veel bewerkelijker dan het gebruik van een lucifer. De Romeinen gebruikten echter al iets dat op lucifers leek. Houtsplinters werden in gesmolten zwavel gedoopt. Omdat zwavel een stof is die makkelijk ontbrandt kon men indien me de stokjes in een vuurtje stak op deze manier snel een houtje laten ontbranden. Men had echter wel een ander vuur nodig om het stokje tot ontbranding te brengen.  In 1805 maakte de Fransman Chancels zijn lucifer door een houten stokje, gedrenkt in zwavel, te voorzien van een kopje van kaliumchloraat, zwavel en gom. Deze ”briquet oxygéné” vloog in brand door hem in contact te brengen met geconcentreerd zwavelzuur.

Bij de huidige lucifers gebruikt men wrijvingswarmte om ze tot ontbranding te brengen en dit principe is in 1827 bedacht door de Engelse drogist John Walker. Deze bedacht dat vuur zuurstof nodig heeft en maakte een lucifer, waarbij het kopje bestond uit lichtontvlambaar zwavel en een stof die bij verhitting zuurstof produceerde. De eerste lucifers waren van karton maar dit werd als snel vervangen door houten stokjes. Het ging om lange houtsplinters gedrenkt in een mengsel dat bestond uit kaliumchloraat, antimoon sulfide en gomhoudend water. Wanneer je een dergelijke splinter door een samengevouwen vel schuurpapier trok, ontbrandde hij in een regen van vonken. Aangezien alleen wrijvingswarmte nodig was konden de meeste lucifers op elk welk ruw materiaal tot ontbranding gebracht worden. 

Al in 1828 krijgt Walker concurrentie. De Londense scheikundige Samuel Jones vervaardigt een vergelijkbaar product dat hij ”lucifer” (lichtdrager, de Latijnse vertaling van het Griekse woord phoosphoros) noemt. 

In 1832 ontdekt de jonge Franse chemicus Charles Sauria dat toevoeging van fosfor aan zwavel, kaliumchloraat en gom een lucifer oplevert die je overal kunt aansteken, bijvoorbeeld door hem langs de muur of je schoenzool te strijken. Het leren merklapje dat je vandaag achter op je jeans vindt, was daarop oorspronkelijk aangebracht om een lucifer aan te kunnen steken. Deze nieuwe lucifer raakt in korte tijd ongekend populair. 

Deze lucifers hadden echter een groot nadeel, ze waren zeer brandgevaarlijk en konden spontaan ontbranden.  Het is dan ook een grote stap vooruit als de Zweed Gustaf Erik Pasch in 1844 zijn ”veiligheidslucifer” ontwikkelt. Pasch scheidt de twee componenten die bij contact voor ontbranding zorgen: kaliumchloraat in de kop van de lucifer en fosfor in het schuurpapier. Hij vervangt de tot dan toe gebruikte giftige witte fosfor tevens door rode fosfor. De zijkant van het doosje bevat de fosfor, die de paraffine van het luciferkopje laat ontbranden. Bij dit soort lucifers kan de lucifer kan dus alleen vlam vatten als de gebruiker de lucifer over de zijkant van het doosje strijkt.

Het kopje van de huidige lucifers bestaat nog steeds voor de helft uit kaliumchloraat en voor 5 procent uit zwavel. Het strijkvlak aan de zijkant van het doosje bevat vooral rode fosfor en 35 procent glaspoeder.